[发明专利]一种微型能量捕获装置及其捕获方法

摘要

本发明涉及一种微型能量捕获装置，包括顺序连接的传感器、能量处理单元和能量存储单元；所述传感器用于将采集的自然环境中的能量转化为电压输出至能量处理单元；所述能量处理单元用于将来自传感器的电压以最大效率转换为所需电压，输出至能量存储单元。方法包括能量处理器根据传感器输出的电压和电流得到最大效率的最大功率点；实时比较传感器的输出功率与最大功率点；传感器的输出电压通过能量处理器以趋向最大功率点时的电压和电流输出给能量存储单元单元充电。本发明通过将这种能量捕获装置与环境监测等微功率无线传感节点相结合可以大幅提高无线传感节点的续航能力甚至完全不用外部充电。

主权项

1.一种微型能量捕获装置，其特征在于：包括顺序连接的传感器、能量处理单元和能量存储单元；所述传感器用于将采集的自然环境中的能量转化为电压输出至能量处理单元；所述能量处理单元用于将来自传感器的电压以最大效率转换为所需电压，输出至能量存储单元；所述能量处理单元包括能量处理器以及与其连接的BUCK‑BOOST转换器、低压电荷泵、可调节稳压器；所述能量处理器、BUCK‑BOOST转换器和低压电荷泵均与传感器连接，所述能量处理器直接与能量存储单元单元连接或通过可调节稳压器与负载连接；所述能量处理器用于由BUCK‑BOOST转换器或低压电荷泵进行供电，并将传感器输出的电压以最大效率分配至能量存储单元或通过可调节稳压器至负载；能量处理器根据传感器输出的电压和电流得到最大效率的最大功率点；实时比较传感器的输出功率与最大功率点；如果输出功率大于最大功率点，则将输出功率做为最大功率点；否则最大功率点不变；传感器的输出电压通过能量处理器以趋向或等于最大功率点时的功率给能量存储单元单元充电；能量处理器根据传感器输出的电压和电流得到最大效率的最大功率点；实时比较传感器的输出功率与最大功率点；如果输出功率大于最大功率点，则将输出功率做为最大功率点；否则最大功率点不变；传感器的输出电压通过能量处理器以趋向或等于最大功率点时的功率给能量存储单元单元充电；所述能量处理器根据传感器输出的电压和电流得到最大效率的最大功率点包括以下步骤：1)能量处理器采集传感器输出的电压和电流、以及能量处理器输出的电压和电流；2)将传感器输出电流与上次输出电流作差得到输入电流变化值；如果输入电流变化值在设定范围内，利用BUCK‑BOOST转换器升压；否则，根据能量传感器输出电压及电流判断传感器是否故障；如果传感器无故障，则继续利用BUCK‑BOOST转换器升压，使传感器输出电流下降，并比较本次传感器输出功率与上次功率；若本次功率大于上次功率，则BUCK‑BOOST转换器增大输出电压；否则减小输出电压；如果传感器故障，则利用BUCK‑BOOST转换器降压，使传感器输出电流上升，并比较本次传感器输出功率与上次功率；若本次功率大于上次功率，则BUCK‑BOOST转换器减小输出电压；否则增大输出电压；3)返回至步骤1)，直到达到设定时间为止；4)设定时间内传感器输出功率最大时的功率为最大功率点。